袁紅

[摘 要]電力是一種常用的能源，無論是人們的日常生活還是工業(yè)生產(chǎn)，都離不開電力供應(yīng)。人們對于供電質(zhì)量的要求越來越高，電源諧波的存在成為了電氣設(shè)計(jì)中的一大危害。本文通過簡述電源諧波的概念，討論電源諧波存在的危害性，并提出建筑電氣設(shè)計(jì)中電源諧波抑制方法，從而更為有效地減輕或消除電源諧波，提高供電質(zhì)量與可靠性。

[關(guān)鍵詞]電氣設(shè)計(jì)；電源諧波；諧波抑制

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.20.053

1 電源諧波的概念

電源諧波的定義是：在一個周期之內(nèi)電氣量的正弦波分量，電源諧波的頻率與基波頻率之間是整數(shù)倍的關(guān)系。從電源諧波的定義中可以看出來，只要電源的電壓或者電流的波形并非是正弦波，那么，就會出現(xiàn)電源諧波。而當(dāng)電壓加在電阻、電容、電感之類的線性負(fù)載上時，不會改變波形，因此，其電壓與電流的波形都是正弦波。然而，當(dāng)電壓加在非線性負(fù)載時上，其電壓與電流的波形都會變成非正弦波，這時，通過電網(wǎng)的電流就是非線性的，就產(chǎn)生了電源諧波。

2 電源諧波存在的危害性

2.1 電源諧波會增加電器設(shè)備的附加諧波損耗

一是諧波電流會增加變壓器的銅損與漏磁消耗，并且諧波電壓會增加變壓器的鐵損，使變壓器溫度上升，加速變壓器損壞。二是電源諧波會使電機(jī)的振動與機(jī)座發(fā)生共振，從而使電機(jī)過熱，損壞電機(jī)元件。三是電源諧波會使電容產(chǎn)生額外的功率，不僅消耗大量電力，還會造成電容過熱、過壓。

2.2 電源諧波會損壞敏感電子設(shè)備

一是敏感電子設(shè)備極易受到電源諧波的影響而發(fā)生誤動，尤其是一些由大量零部件組成的電子設(shè)備，受電源諧波影響非常大。二是電子設(shè)備的正常運(yùn)行依靠的是波形峰值來使電容器全充電，而電源諧波這種不規(guī)律的波形，將會使波形峰值過高或者過低，使電子設(shè)備無法正常使用。三是電源諧波會引起建筑物內(nèi)的一些自動化、報(bào)警、安全防護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部的電子設(shè)備誤動作，引起設(shè)備的非正常工作。

2.3 電源諧波會破壞電力電纜的絕緣性

電纜內(nèi)部存在的電容會在一定程度上放大電源諧波，當(dāng)諧波電流流過電纜時，就會產(chǎn)生部分熱量，當(dāng)電流產(chǎn)熱達(dá)到一定程度時，就會造成電纜過熱，從而破壞電纜絕緣性。電纜絕緣性被破壞之后，將會造成電纜漏電等故障，容易誘發(fā)漏電危險。

2.4 電源諧波會削弱開關(guān)設(shè)備的開斷能力

當(dāng)電路內(nèi)存在明顯的諧波電流時，電路中的斷路器的磁吹線圈將會受到影響而無法正常工作，使電源開關(guān)失去開斷能力，同時，由于電源開短時間過程，進(jìn)一步延長了故障電流切除的時間，容易造成重新合閘后產(chǎn)生再燃的問題。另外，當(dāng)電路中的電感電流被切斷時，將會產(chǎn)生更大的諧波電壓，對電路中的電容器產(chǎn)生更嚴(yán)重的影響。而諧波電流會影響電磁接觸器的動作電流，造成電路中電壓、電流雖然在正常符合范圍內(nèi)，卻出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。

2.5 電源諧波會引起繼電保護(hù)、自動控制裝置的誤動、拒動

繼電保護(hù)、自動控制裝置的工作原理就是利用加在設(shè)備上的電壓以及電流的頻率來判斷其應(yīng)當(dāng)采取的動作。然而，當(dāng)電源諧波出現(xiàn)時，就會嚴(yán)重干擾這些設(shè)備的正常工作條件，也就會產(chǎn)生誤動作。

2.6 電源諧波會對計(jì)量儀、通信系統(tǒng)等產(chǎn)生影響

通常來說，電力計(jì)量儀都設(shè)計(jì)為按照正弦頻率進(jìn)行工作，當(dāng)電源諧波出現(xiàn)時，不規(guī)律的諧波就會對計(jì)量儀產(chǎn)生影響。由于儀器自身設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)、工作條件有所不同，計(jì)量時所產(chǎn)生的誤差的會有所區(qū)別。另外，電源諧波對通信系統(tǒng)所產(chǎn)生的干擾，是目前國際上最為重視的電力干擾問題。電源諧波會對距離較近的通信線路產(chǎn)生與原本正弦電壓不同的諧波電壓，從而產(chǎn)生靜電，另外諧波電流也將會引起電磁干擾，當(dāng)通信設(shè)備受到電源諧波的影響時，會產(chǎn)生噪聲，降低通信信號的質(zhì)量，通信終端所接收到圖像、聲音清晰度會大大降低。

2.7 電源諧波會對低壓電器造成影響

一些辦公、民用電力設(shè)備，它們自身既能夠產(chǎn)生電源諧波，同時，又極易受到電源諧波的影響。當(dāng)計(jì)算機(jī)受到電源諧波的影響時，將會數(shù)據(jù)丟失、程序錯誤等情況，無法正常使用。電視、收音機(jī)等電力設(shè)備受到電源諧波的影響時，會降低其使用壽命。電源諧波所造成的危害程度取決于電源諧波量的大小以及電力設(shè)備自身的條件。為了保護(hù)電力設(shè)備，保障電力正常使用，就必須加強(qiáng)對電源諧波的控制。

3 建筑電氣設(shè)計(jì)中電源諧波抑制方法

3.1 運(yùn)用LC組成無源調(diào)諧濾波器

傳統(tǒng)的抑制電源諧波的方法主要是運(yùn)用LC構(gòu)成的無源調(diào)諧濾波器，這種濾波器的主要由以下幾個組成部分：一是濾波電容器，二是電抗器，三是電阻器。其工作原理是利用電容和電阻在出現(xiàn)電源諧波諧波時，發(fā)生諧振，從而為諧波提供一條入地的低電阻通路，引導(dǎo)諧波進(jìn)入大地而脫離電路。這種濾波器結(jié)構(gòu)較為簡單，對技術(shù)要求低，并且資金投入少，是傳統(tǒng)抑制電源諧波的主要方法。然而，這種濾波器也存在很多不足之處，如濾波器極容易受到電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)的影響，并且容易與電力系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，從而使電源諧波被再一次放大。并且這種濾波器只能處理固定頻率的電源諧波，當(dāng)電路的容量增大而阻抗較小時，對濾波器的性能要求極高，另外，當(dāng)基波頻率本身就存在波動時，濾波器能夠發(fā)揮的作用非常有限。

3.2 運(yùn)用有源電力濾波器

第一，有源電力濾波器的優(yōu)點(diǎn)。相對于傳統(tǒng)的無源調(diào)諧濾波器來說，有源電力濾波器不容易受到諧波頻率變化及幅度大小的影響，能夠有效地抑制電源諧波，對電路進(jìn)行更為高效的無功補(bǔ)償。并且能夠基本不受電力系統(tǒng)阻抗的影響，不會與電路形成共振，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變化不會影響濾波器的補(bǔ)償效果，同一臺濾波器能夠?qū)Σ煌C波同時進(jìn)行補(bǔ)償，即使高次諧波發(fā)生了一定的變化，濾波器也能夠進(jìn)行無功補(bǔ)償，濾波器自身能夠?qū)敵鲞M(jìn)行限制，不會因過載而導(dǎo)致濾波器損壞。

第二，有源電力濾波器的工作原理。這種濾波器主要由兩部分組成，一部分是指令電流運(yùn)算電路，其主要功能是檢測出補(bǔ)償對象電流中的諧波以及無功等分量；另一部分則是補(bǔ)償電流發(fā)生電路，其主要作用是根據(jù)指令電流運(yùn)算電路所得到的補(bǔ)償電流發(fā)出的指令信號，產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流，從而抑制電路中的電源諧波，使電路中的電壓與電流都能夠達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，消除諧波為電路帶來的影響。

第三，有源電力濾波器的發(fā)展前景。一是要進(jìn)一步完善有源電力濾波器的相關(guān)理論，從理論上為處理電路諧波、無功補(bǔ)償提供更為可靠的保障。二是要進(jìn)一步研究關(guān)于降低補(bǔ)償裝置相對于諧波源裝置的容量，并將其投入到實(shí)際應(yīng)用中。三是要不斷完善濾波器的控制系統(tǒng)，運(yùn)用更為簡單的結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)有源電力濾波器裝置，使其更易操作、維護(hù)。四是要不斷豐富補(bǔ)償裝置的功能，達(dá)到更好地抑制電源諧波的效果。

第四，有源電力濾波器的種類。根據(jù)用戶常用的電源種類的不同，可以講有源電力濾波器分為交流有源電力濾波器和直流有源電力濾波器兩種。另外，根據(jù)有源電力濾波器與電力系統(tǒng)以及負(fù)載之間不同的連接方式，還可以分為并聯(lián)型有源電力濾波器、串聯(lián)型有源電力濾波器以及混合串聯(lián)型有源電力濾波器、混合并聯(lián)有源電力濾波器等多種類型。

3.3 運(yùn)用高功率因數(shù)變流器

電力系統(tǒng)中，產(chǎn)生電源諧波的主要裝置就是整流裝置，如果能夠?qū)φ餮b置進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，消除其產(chǎn)生的諧波的可能性，并且使其產(chǎn)生的電流與電壓保持在同一相位上，就能夠有效地抑制電源諧波。高功率因數(shù)變流器就是通過改進(jìn)整流裝置來達(dá)到抑制電源諧波的目的。利用高功率因數(shù)變流器，能夠?qū)M(jìn)入電路的電流進(jìn)行控制，使整個電路中的電流與電壓都呈正弦波形，并且避免受電網(wǎng)頻率的影響，從而使電流電壓的波形始終保持相同的正弦型。并且高功率因數(shù)變流器能夠提高電路中的功率因數(shù)，增加電力的利用效率，為用戶提供更高質(zhì)量的電力資源。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐柏榆，鄧志，梅桂華，等.諧波電流對感應(yīng)式有功電度表計(jì)量的影響[J].電網(wǎng)技術(shù)，2002（9）：37，42，50.

[2]徐永海，肖湘寧，劉昊，等.混合型有源電力濾波器與并聯(lián)電容器組聯(lián)合補(bǔ)償技術(shù)研究[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2005（1）：112-118.

[3]查曉明，孫建軍，陳允平.并聯(lián)型有源電力濾波器的重復(fù)學(xué)習(xí)BOOTS變換控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2005（2）：56-62.